Galvanik korozyon

Magnezyum alaşımları galvanik korozyona karşı oldukça hassastır[28,30]. Galvanik korozyon için temel gereksinimler galvanik elementlerin oluşumudur. Bu korozyon türüne iki nedenden dolayı rastlanır[3].

1. Magnezyum alaşımları daima soy ağır metaller özellikle Fe, Cu, Ni gibi bileşenler içerir.

2. Hemen hemen hiçbir magnezyum üretim tekniğinde, magnezyum diğer harcanabilir metaller ile temas halinde olmaz.

Birinci neden ele alındığında,

Ağır metal özellikle demir, bakır veya nikel içeren magnezyum alaşımlarında en sık rastlanan korozyon türü galvanik korozyondur. Alaşımlar sulu ortam ile etkileşimde oldukları zaman ağır metaller magnezyum için katodik etki oluşturur ve bu da çok yoğun galvanik korozyona neden olur. Tüm proses spesifik anyonlar(klorit, sülfit gibi) tarafından desteklenir. Yüksek saflıktaki (HP) magnezyum alaşımlar bu oluşumu engellemek için geliştirilmiştir ve hala geliştirilmektedir[3, 52].

Şekil 2.12‟de tuz püskürtme yöntemi ile yapılmış korozyon testlerinin (DIN 50021-SS) sonuçlarında magnezyum alaşımları ile GD-AlSi9Cu3 alaşımının karşılaştırılmaları görülmektedir[3].

İkinci neden ele alındığında, birbiri ile elektriksel etkileşimde bulunan iki metal farklı potansiyele sahip olurlar. Yüksek farklılık, daha az soy olan magnezyum(anot) metali çözünecektir. Galvanik korozyon için alınabilecek tedbirler; kuru atmosferde, magnezyum için galvanik korumaya ihtiyaç yoktur.

Yoğun korozyon ortamı olduğu zaman, aşağıdaki tedbirler önerilmektedir:

1. Magnezyum ve diğer metalik malzemeler arasındaki elektriksel etkileşim izolasyon ile engellenmelidir. Bakır, nikel, demir veya paslanmaz çelik ile diğer temas ettirilmemelidir.

2. Al/Mg alaşımları (AlMg 2.5, AlMg4.5Mn, AlMgSi1), veya çinko, kalay veya kadminyum içeren alaşımlarda çok az galvanik korozyon görülür. Çelik ve alüminyum vidalar kullanıldığı zaman korozyon etkileşimi kaplanmış contalar kullanılarak kolayca etkileşim ortadan kaldırılabilir.

3. Kontak alanlarında elektrolit birikmelerinden kaçınılmalı.

2.5.2. Oyuk korozyonu

Magnezyum tabiatı gereği pasif bir metaldir. Çukur korozyonu oksidasyonun olmadığı ortamda magnezyumun klorlu iyonlara maruz kalması sonucunda meydana gelecektir. Genel olarak, korozyon çukurları pasifizasyonun kırılması sonucu Mg17Al12, AlMn gibi ikincil faz partiküllerinin bitişiğindeki kusurlu bölgelerde başlar. Daha sonrasında elektrolitik hücre oluşur ve ikincil faz partikülleri(AlMn, AlMnFe, Mg17Al12, Mg2Cu) katot ve Mg matriks çevreside anot olarak davranır. Örneğin, ekstrüzyon ile üretilmiş AM60 %3,5 NaCl çözeltisine maruz bırakılırsa AlMn partikülleri çevresinde çukurlar meydana gelir[3,50].

Şekil 2.13‟te AM60 alaşımının oyuk korozyon mekanizması gösterilmektedir. Birincil olarak, atmosferde alaşım üzerinde koruyucu oksit film oluşacaktır. MgO‟in potansiyeli 1Volt‟tur. Sonrasında sodyum klorürlü bir çözeltiye maruz kaldığı zaman Cl⁻ iyonları AlMn partiküllerinin sınırında α-Mg matriksinde absorblanacaktır.

32

Eğer MgO‟in kırılma potansiyeli serbest korozyon potansiyeline ulaşırsa, α-Mg anot olarak çözülmeye başlayacak ve korozyon çekirdeklenmesi AlMn partiküllerine yakın yerde başlayacaktır. Sonuçta çekirdeklenme ilerleyerek korozyon çukuru oluşacaktır[50].

Şekil 2.13. AM60 alaşımının oyuk korozyon mekanizması[50]

2.5.3. Korozyondan korunma yöntemleri

Magnezyum ve alaşımları için üç ana koruma yöntemi kullanılmaktadır. Bunlar;

-Magnezyum alaşımlarının saflık derecelerini maksimuma çıkarılması, -Spesifik alaşım elementlerinin eklenmesi,

-Magnezyum alaşımlarının yüzey işlemleri.[3,48,56].

Magnezyum alaşımlarının saflıklarının arttırılması daha öncede değinildiği gibi ağır metallerin alaşım içerisinde minimuma indirilmesi ile mümkündür. Klasik alaşım elementleri magnezyumun korozyon direncini çok fazla arttırmamaktadır. Spesifik alaşım elementlerinin (Nd, Lz ve Ce gibi) eklenmesi magnezyum alaşımlarının korozyon davranışını olumlu yönde etkilemektedir.

Nadir toprak elementlerinin elektro-kimyasal standart potansiyelleri magnezyumunkine yakındır. Bu nedenle galvanik korozyona karşı koruma sağlarlar. Örneğin; WE54 (%5 Y, %3.5 Nd ve diğer RE, %0.5 Zr) 300ºC‟ye kadar ısıl direnci ve mükemmel korozyon direnci gösterirler[3].

Magnezyum alaşımlarını korozyondan korumanın bir diğer yolu da yüzey işlemleri ile magnezyum alaşımlarının modifiye edilmesi sonucunda korozif ortamdan yalıtılmasıdır. Fakat yüzey işlemlerinin istenilen yararı sağlaması için bazı önemli başlangıç kriterlerini sağlaması gerekmektedir.

1. En iyi şekilde yüzey korunsa bile malzeme yüksek saflık da olmadığı zaman iyi bir sonuç alınamaz.

2. Magnezyum basınçlı döküm alaşımlarının döküm çeperleri sıkı paket alana sahiptir. Asit temizleyici veya mekanik işlemler ile bu tabaka kaldırılabilir ve daha sonra yüzey koruma işlemleri gerçekleştirilir.

BÖLÜM 3. MAGNEZYUM ALAŞIMLARININ ÜRETİM

YÖNTEMLERİ

3.1.Giriş

Ham malzemeyi kullanılabilir bileşen haline getirmek için en ekonomik üretim yöntemlerinden bir tanesi döküm ile üretimdir[57]. Yüksek basınçlı döküm, gravity döküm( kum kalıba döküm ve sürekli kalıba döküm), sıkıştırma döküm ve çeşitli yarı-katı döküm metotları mevcuttur. Döküm ile üretilmiş alaşımlar kullanılan yönteme göre farklı mekanik özellikler içerirler[3, 7,58].

Genel olarak bakıldığında döküm yolu ile şekillendirilen magnezyum miktarında özellikle 1995 yılından itibaren önemli artışlar gözlenmektedir. Bu çok kuvvetli artış, ekstraktif araştırma-geliştirme, yeni magnezyum yataklarının açılması ve var olanlarının genişlemesi ile gerçekleşmiştir. Magnezyum dökümünde meydana gelen global büyümenin önümüzdeki yüzyılda da hızlı bir gelişme göstereceği tahmin edilmektedir[59].

Özel bir parça için döküm yöntemi seçiminde tasarım şekli, arzu edilen mekanik ve nihai yüzey özellikleri, üretilecek toplam döküm parça adedi ve alaşımların dökülebilirliği belirleyicidir. Dökümde kullanılabilecek çok fazla alaşım çeşidi mevcut olmasına rağmen, her alaşım her döküm yönteminde kullanıma uygun değildir[59].

Al alaşımları 2-2.5 mm kesit kalınlıklarına kadar dökülebilirken Mg alaşımları 1-1.5 mm kesit kalınlığına kadar dökülebilen bir metaldir. Mg alaşımlarının dökülmesindeki ana problem, oksitlenme ve yanma kaybıdır.

Havacılıkta kullanılan Mg esaslı parçaların büyük oranının döküm yoluyla üretildiği göz önüne alınırsa parça üretiminde döküm problemlerinin çözümü ana öncelikler arasında yer almaktadır[9, 59].

Magnezyum döküm alaşımları genellikle, dışarıdan ısı uygulamalı bir çelik karbon (<%0,12C) potada ergitilir. Çelik pota çok yaygın olarak kullanılır, çünkü magnezyum normal döküm sıcaklıklarında (magnezyum 650oC’ de ergir) çelikle çok yavaş reaksiyona girer. Ergiyik magnezyum prosesi için en yaygın uygulama yöntemi, metali aynı anda ergitme ve potadan kalıba dökmektir. Kalıptaki demir sıvı magnezyum alaşımı içinde daha az çözündüğünden, alaşımın kalıba yapışma eğilimi, alüminyum alaşımlarına göre daha azdır. Buna bağlı olarak kalıp ömrü alüminyum parçalara kıyasla 2-3 kat daha uzundur.

Ancak ergiyik magnezyum ve alaşımları havada oksitlenme ve yanma eğilimindedirler ve bu nedenle ergiyik magnezyum yüzeyleri hava ile oksidasyondan korunmalıdır. Bugün çoğu modern dökümhaneler, hava-kükürt hekzaflorit gaz karışımı (SF6) şeklinde bir örtüsüz proses kullanmaktadır[26].

Mg alaşımının ergitiminde ve dökümünde koruyucu olarak kullanılan gazların (Ar, SF6, N ve HFC-134a) etkileri araştırmacıların ilgisini çekmektedir[26]. Döküm malzemesi içindeki curuf kalıntıları korozyon dayanımını düşürmektedir. Günümüzde SF6 içeren gaz karışımları sıvı Mg’yi korumak için daha sık kullanılmaktadır. Tipik koruyucu gaz karışımı için aşağıda üç örnek verilmiştir[25,60-62].

1- AZ91 650-725^oC → Hava+%2 SF6

2- AZ91 650-725^oC → %75 Hava+%25 CO₂+%0,2 SF₆ 3- AZ91 650-725^oC → %50 Hava+%50 CO2+%0,3 SF₆

SF₆, %5’in üstündeki konsantrasyonlarda kullanıldığında, Mg için çok iyi bir koruyucu olmakta, ancak çelik kalıplarla ve pota ile reaksiyona girmektedir.

36

Mg alaşımlarına çok az miktarda berilyum (Be) ilavesi alaşımın yanmasını engelleyici etkisi vardır. Alaşımların ergitilmesinde özel olarak dizayn edilip hazırlanmış ergitme ocakları kullanılmaktadır. Bu ocaklarda Mg alaşımları atmosfer ortamından tamamen uzak ve koruyucu gaz altında ergitmeler yapılmıştır[60-62]. Magnezyum ve alaşımlarının üretiminde kullanılan döküm teknikleri 4 grupta toplanır. Bunlar; [9,59,63]

1) Kum kalıba döküm 2) Kokil kalıba döküm 3) Basınçlı döküm 4) Yarı-katı döküm

Döküm süreçlerinden birinin seçimi diğer döküm malzemelerine benzer bir şekilde büyüklük, gerekli tolerans ve üretim miktarına göre belirlenir.[9]

Magnezyum alaşımları için birçok değişik döküm yöntemi uygulanmaktadır. Bu yöntemler soğuk ve sıcak kamaralı döküm, thixocasting, savurma döküm, sürekli döküm ve kum dökümdür. Farklı magnezyum alaşımları için farklı yöntemler uygulanmakta ve bu alaşımlar farklı mekanik özellikler göstermektedir. Genellikle magnezyum alaşımları otomobil parçalarında, meskenlerde ve elektrik parçalarında kullanılmak üzere pres döküm tekniği ile üretilirler. Pres döküm yönteminin genel avantajları şunlardır:

1. Yüksek hassasiyet, 2. İyi döküm yüzeyi, 3. Yüksek üretilebilirlik,

Pres döküm yönteminin magnezyum ve alaşımlarının üretimindeki en önemli avantajları ise,

1. Hafiflik,

2. İyi işlenebilirlik,

3. Yüksek ıslatma kapasitesi, 4. Yüksek spesifik dayanım, 5. İyi dökülebilirlik,

6. Düşük ergime sıcaklığı,

7. Düşük ergitme enerjisidir[59].

Magnezyum alaşımlarının pres dökümü için sıcak veya soğuk kamaralı teknolojiler uygulanmaktadır. Bu yöntemde sıvı metal, pistonlar vasıtası ile kalıba itilir. Şekil 3.1 (a) ve (b)’de sıcak kamaralı döküm makinesinin şematik resmi verilmiştir. Bu yöntemin avantajları şunlardır;

1. Yüksek üretilebilirlik, 2. Metalin çok iyi korunması, 3. Düşük metal sıcaklığı ve 4. Uzun kalıp ömrü.

Buna karşılık yöntemin bazı dezavantajları da vardır. Örneğin makineler pahalı ve komplikedir. Ayrıca bakımları pahalıdır. Sıcak kamaralı yöntemde nispeten küçük magnezyum alaşımı parçalar dökülür.

38

Şekil 3.1. a) Sıcak kamaralı döküm makinesi, b) Soğuk kamaralı döküm makinesi[59]

Soğuk kamaralı pres dökümde ise pistonlar ergitme fırınından dağıtırlar (Şekil 3.1b). Bu yöntemin avantaj ve dezavantajları sıcak kamaranınkinin tam tersidir. Bu metodda sıvı metal fırın içinden doğrudan silindirler vasıtası ile taşındığından magnezyum metali oksidasyondan korunur. Yeni döküm teknolojileri vakum altında döküm, squeeze döküm yöntemlerinin magnezyum alaşımlarına uygulanması ve magnezyum matriks kompozitlerin (MMC) üretilmesine yöneliktir[59].

Magnezyum alaşımlarının döküm yöntemlerinden biri olan düşük basınçlı döküm tekniği tamamen kapalı sistemde yapılan ergitme ve döküm nedeniyle çok kaliteli, temiz alaşım üretimini sağlar. Şekil 3.2’de düşük basınçlı döküm sisteminin şematik resmi görülmektedir.